Что такое затяжки в строительстве

Еще на этапе проектирования постройки необходимо определиться с вариантом конструкции стропильной системы крыши. Впрочем, выбор несложен. При наличии внутренней капитальной стены-перегородки, для формирования крыши используют наслонные стропила. Если таких перегородок нет, то устанавливают висячие стропила, которые опираются исключительно на внешние стены.

Висячие стропила находят свое применение в строительстве однопролетных домов, производственных зданий, цехов, торговых павильонов, при устройстве мансард без внутренних стен.

Особенности конструкции висячих стропил

Почему стропила называют «висячими»? Потому что они в буквальном смысле зависают в межпролетном пространстве, опираясь только на внешние стены. Внутренней опоры нет никакой. Тем не менее, висячие системы, благодаря своей конструкции, не прогибаются и способны перекрыть пролеты до 14-17 м!

Конечно, висячие стропила – это только часть стропильной системы, сами по себе они не используются. Только в связке с другими элементами (затяжками, бабками, ригелями, подкосами и т.п.), вместе с которыми стропила образуют фермы или арки.

КАК ПРАВИЛЬНО СОЕДИНИТЬ ЗАТЯЖКУ И СТРОПИЛЬНУЮ НОГУ

В случае с висячими стропилами, простейшую ферму составляют из двух стропильных балок, соединенных в верхней точке под углом (в виде треугольника). По горизонтали стропила скрепляют затяжкой, которая обычно представляет собой деревянную балку. Но она может быть и металлической, например, сделанной из профильного металла. Тогда такую затяжку называют тяжем.

Затяжка выполняет важную функцию. Стропила, скрепленные в коньке и упертые в стены, стремятся разъехаться в стороны. А затяжка удерживает их, позволяя сохранить треугольную форму арки. Возникающий распор на стены не передается, а горизонтальные усилия нейтрализуются. Таким образом на наружные стены при использовании висячих стропил воздействуют только вертикальные усилия.

Затяжка не обязательно располагается в нижней части фермы, иногда она сдвигается вверх, ближе к коньку. Это зависит от типа конструкции арки, от того, какую работу должна выполнять затяжка. Если затяжка находится у основания стропил, то одновременно она служит и балкой перекрытия нижележащего этажа. При устройстве мансарды удобно располагать затяжку (ригель) выше основания стропильных ног, чтобы появилась возможность устроить этаж с полноценной высотой потолка.

Если пролет между стенами составляет более 6 м, висячие стропила для прочности подпирают раскосами и подвесами (бабками). А затяжку делают не цельной, а состоящей из двух срощенных балок.

Существует несколько вариантов конструкций с использованием висячих стропил. Рассмотрим их все по отдельности.

Конструкция #1. Треугольная шарнирная арка

Простейшая ферма в виде треугольника. Состоит из двух стропильных балок, сходящихся в коньке. Нижние основания упираются в горизонтальный брус. В нижней части «треугольника» закрепляют затяжку. Чтобы система работала правильно, высота конька в конструкции не должна быть меньше 1/6 пролета фермы.

Стропильная система.Установка затяжек(Ригель)

Эту схему можно назвать классической. В ней стропила работают на изгиб, стремяться разъехаться в стороны, а затяжка удерживает их и получает растягивающие нагрузки (работает на растяжение). Несущим элементом затяжка не является, поэтому ее можно заменить на тяж из металлопроката.

Для снижения степени изгиба стропильных балок, врубку конькового узла выполняют с эксцентриситетом. Благодаря этому при воздействии на стропила внешних нагрузок (атмосферные явления, вес кровли, собственный вес и т.п.), наряду с ожидаемым изгибом, появляется изгибающий момент противоположного направления. Это позволяет не только уменьшить изгибающие деформации, но и применить для стропил балки меньшего сечения. Соответственно, это помогает удешевить строительство.

Как правило, эта конструкция висячих стропил применяется при строительстве мансардного чердака. Затяжки в этом случае играют роль балок чердачного перекрытия.

Конструкция #2. Арка шарнирная с бабкой

Более сложная схема, которая нужна в случае перекрытия пролетов более 6 м.

Проблема в такой системе – длинная затяжка, которая будет испытывать огромные нагрузки и, как следствие, прогибаться под своим весом. Чтобы прогиба не было, затяжку подвешивают к коньку. Как? С использованием дополнительного элемента – бабки. Она представляет собой деревянный брусок, играющий роль подвески.

Если подвес выполняют из металла, то называют его тяжем. Нередко применяют для этих целей обычный металлический прут, который на практике хорошо работает на растяжение.

Таким образом, с помощью подвеса-бабки, удается поддержать длинную затяжку и нивелировать ее прогиб. Саму затяжку при этом составляют из двух частей-балок, стыкованных друг с другом (в центре конструкции).

Конструкция бабки проста, однако строители часто допускают ошибку в ее устройстве. Самое главное: бабка должна работать только на растяжение, а не на сжатие. Ее нельзя путать со стойкой, упирая в балку затяжки и карнизный узел. В таком случае элемент будет сжиматься, а не растягиваться.

Такая путаница может возникнуть потому, что стойка и бабка очень схожи по своему устройству. Но их предназначение, как и принцип работы, совершенно разные. Бабка, в отличие от стойки, жестко не закреплена с затяжкой. Она подвешена на карнизном узле, к ее нижней части с помощью хомутов крепится затяжка.

Необходимую длину затяжки набирают из составных частей, соединяя их косым или прямым прирубом и закрепляя болтами. С подвеской затяжку стыкуют через хомут.

Рассмотренная схема подходит для аграрных и промышленных зданий с большими пролетами. Однако в оригинальном виде она уже не используется, считается устаревшей. Но отдельные ее элементы весьма успешно применяются в практике строительства, при разработке арок других типов.

Конструкция #3. Арка шарнирная с приподнятой затяжкой

В этой схеме затяжка устанавливается не в нижней части арки, а продвигается кверху, ближе к коньку. Чем выше место установки затяжки, тем больше она растягивается.

Конструкцию с приподнятой затяжкой используют в строительстве мансардных помещений. Высота потолков при этом напрямую зависит от того, как высоко располагается затяжка.

Стропильные балки конструкции опираются на мауэрлат, а не на затяжку. Причем, крепление не жесткое, а подвижное, скользящее по типу ползуна. Оно позволяет компенсировать изменение размеров балок (их подвижки), которые происходят при колебаниях влажности и температуры.

Если на скаты действует равномерная нагрузка, то система будет устойчивой в любом случае. Если же нагрузка будет больше с одной стороны, то стропильная система сдвинется в сторону превалирующей нагрузки. Чтобы этого не случилась и кровля оставалась устойчивой, стропила устанавливают с выносом в обе стороны, за пределы стен.

Затяжка в такой арке не является опорой, на нее действуют растягивающие нагрузки – при устройстве чердака, и растянуто-изгибающие – при устройстве мансарды.

В мансардных помещениях затяжка зачастую является балкой для крепления подвесного потолка или изоляции. Чтобы защитить ее от провисания, устанавливают подвеску. При небольших предполагаемых нагрузках и короткой затяжке, подвес прибивают к ригелю и коньку, скрепляя соединения двумя досками с обеих сторон.

Если затяжка сравнительно длинная, то используют несколько подвесок, а каждую из них закрепляют гвоздями. Большие нагрузки требуют дополнительного использования хомутов.

Конструкция #4. Арка шарнирная с ригелем

Схема, похожая на предыдущую, но имеющая отличие: нижняя скользящая опора в карнизном узле заменяется на аналогичную жесткую. Стропильные балки врубают в мауэрлат или применяют для неподвижной фиксации опорные бруски.

Замена опоры меняет характер возникающих в арке напряжений. Конструкция становится распорной, воздействуя с распирающими усилиями на стены и мауэрлат.

Затяжку устанавливают в верхней части арки. При этом ее назначение меняется. Она уже не работает на растяжение, ее принцип действия основан на сжатии. Затяжку, работающую на сжатие, называют ригелем.

Арка с одним приподнятым ригелем рассчитана на небольшую распорную нагрузку. При больших нагрузках в дополнение к ригелю устанавливается затяжка. Получаются висячие стропила, конструкция и узлы которой схожи с обычной трехшарнирной аркой. Мауэрлат для них уже не требуется.

Конструкция #5. Арка с подвеской и подкосами

Схема, дополняющая систему арки с бабкой. Используется, когда длина стропил настолько большая (до 14 м), что создает существенный прогиб их под собственным весом. Чтобы нивелировать изгибающие напряжения, систему дополняют подкосами, которыми подпирают стропильные балки.

Обычно подкосы упирают во внутренние стены. Но в висячих системах их нет, поэтому подкосы упирают в единственный существующий упор – бабку. Получается жесткая конструкция со следующим принципом действия: стропила под воздействием внешней нагрузки прогибаются, давят на подкосы, подвеска растягивается и притягивает к себе коньковый брус, одновременно притягиваются и верхние части стропил, стропила поджимают подкосы.

Так как в этой схеме используются длинные стропила, соответственно применяется и длинная затяжка. Как правило, она состоит из двух частей-балок (хотя бывает и одноэлементной), соединенных в середине пролета косым или прямым прирубом. Соединение затяжки с бабкой выполняется через хомут.

По сути, все существующие висячие арки являются вариациями обычной трехшарнирной арки. Все остальные дополнения – бабки, ригели, подкосы – только увеличивают жесткость стропил. И несущей способности не меняют.

Основные узлы: виды соединений элементов

Любая из рассмотренных выше конструкций будет правильно работать лишь при грамотном соединении всех основных узлов. Только тогда они будут выполнять свою функцию, не деформируясь под воздействием внешних факторов.

Сверху стропильные балки совмещают под углом и соединяют встык, внахлест или путем врубки. Этот узел называют коньковым. Крепление встык предполагает стыковку срезанных под углом концов балок и скрепление их накладками из металла или дерева. При соединении внахлест верхние части стропилин схлестывают между собой и закрепляют болтом с гайкой или шпилькой.

Соединение врубкой вполдерева похожа на соединение внахлест. Но в этом случае верхушки стропил накладывают друг на друга после выпиливания выемок в половину толщины бруса. Потом выпиленные части соединяют, в них просверливают сквозное отверстие и стягивают их балтом.

В конструкциях арок также встречается (например, в обычной трехшарнирной арке) соединение нижней части стропил с затяжкой – карнизный узел. Соединение выполняется лобовой врубкой одинарным или двойным зубом с креплением болтами. Также для крепления могут быть использованы короткие доски или металлические пластины, наложенные на стык стропилины с затяжкой и скрепленные гвоздями.

Приподнятая затяжка врубается в стропила внахлест полусководнем с последующим болтовым скреплением.

В схеме с приподнятой затяжкой или ригелем стропила соединяются с мауэрлатом. При этом применяется скользящее (по типу ползуна) или жесткое крепление опор. Скользящее крепление выполняется с применением металлических скользящих опор, допускающих небольшие подвижки стропил. При жестком креплении применяют врубку зубом, также может быть использован опорный брусок.

Общие принципы расчета висячих стропил

Как вы уже успели убедиться, висячая стропильная система относится к сложным конструкциям и требует правильного расчета, основанного на множестве факторов. Ошибочные итоговые параметры приведут к тому, что крыша не сможет противостоять потенциальным нагрузкам, что чревато деформациями и обрушениями.

Поэтому желательно доверить расчет висячих стропил профессионалам или использовать уже готовый проект дома. В крайнем случае расчеты можно выполнить с помощью одного из онлайн-калькуляторов, которых достаточно много в сети интернет.

Для расчета используются следующие данные:

• размеры перекрываемого помещения;
• наличие мансарды;
• предполагаемая максимальная нагрузка;
• угол наклона скатов;
• тип стропильной системы;
• материал изготовления стен;
• материал кровельного покрытия.

В результате расчета определяют:

• сечение стропил;
• величину шага стропил;
• форму ферм.

Монтаж висячих стропил

После выбора стропильной конструкции и ее расчета можно приступать к монтажным работам.

Устройство висячих стропил на строительной площадке выполняется по следующей схеме:

• Для точности монтажа и удобства, отмечают центр крыши и высоту конька. Для этого по фронтонам в центре временно закрепляют две доски, на них делают отметку по высоте конька.
• Изготавливают шаблон для стропильных ног. Берут доску, прислоняют ее к мауэрлату нижним концом, а к отметке высоты конька – верхним концом. Отмечают места расположения верхнего и нижнего запилов.
• Используя шаблон, изготавливают необходимое количество стропильных балок. В зависимости от будущего расположения в ферме помечают их на правые и левые стропилины. Выкладывают их по парам (так как каждая ферма состоит из двух стропилин – правой и левой).
• Начинают сборку первой фермы (арки). Две стропильные балки соединяют вверху внахлест, встык или путем врубки.
• Устанавливают затяжку и, если это предусмотрено схемой конструкции, бабку и подкосы.
• Поднимают ферму на крышу и монтируют ее с торца постройки (на фронтоне). Крепление выполняется к мауэрлату с использованием уголков и гвоздей или саморезов.
• Со стороны второго фронтона устанавливают такую же арку.
• Между фронтонной парой арок натягивают бечевку, чтобы остальные арки были установлены четко по линии и обозначенному уровню.
• Оставшиеся арки выставляют между фронтонами с шагом, предусмотренным проектом. Уровень арок по высоте контролируют натянутой бечевкой. Для исправления небольших погрешностей в размерах, высоту регулируют путем подкладки под стропилины деревянных дощечек.

На этом установка стропил окончена. Теперь можно приступать к очередным кровельным работам: укладывать утеплитель и гидроизоляцию, набивать обрешетку, монтировать кровельный материал.

Источник krovgid.com

Значение слова ЗАТЯЖКА в Архитектурном словаре

в строительстве, стержень, обычно горизонтальный, работающий на растяжение и соединяющий концевые узлы строительных конструкции, подверженные действию сил горизонтального распора. Стягивая концы конструкций, затяжка воспринимает распор, освобождая тем самым опоры от действия горизонтальной силы. Затяжки могут быть металлическими или железобетонными, реже деревянными, и применяются в арках (арочных фермах), сводах, в конструкциях мостов, покрытий зданий и т.д. в тех случаях, когда устройство опор, воспринимающих распор, по экономическим или др. соображениям нецелесообразно.

Источник slovar.cc

Затяжки для восприятия распора

Как было сказано ранее, в тех случаях, когда передача распора на фундаменты нецелесообразна, между стойками рам устанавливаются затяжки, воспринимающие этот рас-пор. Установка затяжек целесообразна и в зданиях, используемых в качестве складов сыпучих материалов для восприятия горизонтального давления от этих материалов.
В общем случае, затяжки можно разделить по конструктивному исполнению на две группы:
Группа 1 — затяжки, соединяющие фундаменты (рис. 8 а);
Группа 2 — затяжки, прикрепляемые непосредственно к базам рам (рис. 8 б).

Затяжки первой группы, выполняются, в основном, двумя способами. В первом случае, затяжки выполняются в виде стержней из арматуры, прокатных профилей или листа, соединяющих противоположные фундаменты в их верхней части (рис. 9 а).

Во втором случае, роль затяжки выполняет непосредственно железобетонный пол здания, арматура которого рассчитывается на дополнительные растягивающие усилия от распора (рис. 9 б). Для передачи усилий на конструкции пола в оголовках фундаментов делаются выпуски арматуры, которые соединяются с арматурой пола. Выпуски арматуры выполняются в виде стержней требуемого диаметра, расположенные симметрично относительно оси рамы. Для лучшего включения железобетонного пола в работу, арматурные выпуски могут выпускаться веерообразно.

Передача усилий распора с рамы на затяжки первой группы происходит за счет сдвигающих усилий в зоне контакта базы стойки рамы и верха фундамента. Эти усилия воспринимаются анкерными болтами, специальными противосдвиговыми «шпорами» (рис. 2 б), или упорами (рис. 3) с учетом сил трения, действующими между поверхностями опорной пластины и фундамента.
К достоинствам затяжек первой группы можно отнести возможность одновременного устройства фундаментов и затяжек при выполнении работ по нулевому циклу и экономию материалов за счет включения в работу конструкций железобетонного пола. При больших нагрузках, устройство таких затяжек становится нерациональным из-за сложной передачи сдвиговых усилий с рамы на затяжку через фундамент, наличия мощных противосдвиговых устройств и усложнения самих фундаментов. В этих случаях применяются затяжки второй группы, на которые горизонтальные нагрузки передаются непосредственно со стоек рамы.
Затяжки второй группы присоединяются к специальному элементу, который устанавливается на фундамент перед монтажом рамы (рис. 10 а), либо к опорной пластине базы стойки (рис. 10 б).

Оба варианта имеют свои положительные и отрицательные стороны. Так, в первом случае, узел стыка затяжки с опорной базой имеет простое конструктивное решение, но из-за необходимости в достаточно развитой опорной пластины, идущей вдоль оси рамы, применяется при относительно небольших усилиях распора. В противном случае, развитая пластина базы мешает транспортировке элементов и может быть повреждена при монтаже рам.
Во втором случае, сама опорная пластина базы может иметь небольшие габариты, сопоставимые с сечением стойки в нижней рамы. Кроме этого, дополнительная пластина может использоваться как установочная для безвыверочного монтажа конструкций. Относительным недостатком этого решения является то, что для прикрепления рамы к дополнительной пластине потребуются дополнительные фиксирующие элементы, передающие сдвиговые усилия.
Помимо передачи усилий распора, затяжки второй группы могут использоваться для задания предварительного напряжения в рамах. При наличии противосдвиговых устройств, прикрепляемых к нижней пластине, они могут применяться для задания предварительных горизонтальных усилий на фундаменты, обратных усилиям распора, в целях уменьшения перемещений фундаментов при деформировании затяжки в нагруженных рамах.
Устройства для натяжения затяжки могут находится в пределах опорных узлов рам (рис. 10 а) или в пролете рамы на самой затяжке (рис. 10 б). Конструктивно эти устройства выполняются в виде одного или нескольких стержней, прикрепленных к опорной часть стойки и имеющих резьбу для натяжения.

При расположении узла натяжения в пролете рамы, он может выполнятся в виде двух фланцев, расположенных на определенном расстоянии друг от друга и стягиваемых болтами. Во всех случаях узлы натяжения должны быть надежно защищены от коррозии.
Монтажные стыки затяжек обычно выполняются на сварке или болтах, работающих на срез. Применение фрикционных соединений на высокопрочных болтах допустимо только в случаях гарантированной защиты монтажного стыка от коррозии.

При выполнении стыков на монтажной сварке, размеры накладок рекомендуется назначать таким образом, чтобы все сварные швы накладывались сверху в горизонтальном положении (рис. 12 а). Стыковые сварные швы рекомендуется выполнять на подкладках с выводом сварного шва за пределы сечения затяжки (рис. 12 б). На рис.

12 в показан монтажный стык затяжки на болтах.

Важным условием нормальной эксплуатации затяжек является их надежная защита от коррозии, что обусловлено следующими причинами:
— затяжки обычно расположены ниже уровня пола здания и поэтому могут подвергаться воздействию воды и иных агрессивных веществ, проникающих с поверхности;
— под землей возможно наличие блуждающих токов, вызывающих электрохимическую коррозию металла затяжки;
— расположение затяжек в бетоне пола делает практически невозможным их осмотр и техническое обслуживание на всем протяжении срока службы здания. Исключение составляют случаи размещения затяжек в специальных каналах, закрытых сверху съемными крышками.
Для замоноличенных затяжек недопустимо образование трещин в окружающем их бетоне. Допустимые напряжения в затяжке при этом приближенно определяются по формуле:

Для тяжелого бетона классов 7,5—20 естественного твердения, допустимые напряжения в затяжке по условию (13) не должны превышать 90—110 кг/см2, что составляет 4—5 % от расчетного сопротивления стали. Учитывая снижение деформаций растяжения в бетоне на некотором удалении от затяжки, допустимые напряжения в ней могут быть повышены в 2—3 раза, в зависимости от расстояния до поверхности пола. Ho и в этом случае ее нагружение возможно только на 10—15 % от расчетного сопротивления стали.
Таким образом, затяжки, замоноличенные в бетон, могут применятся только в случаях, когда требуется обеспечить малые перемещения стоек рамы за счет увеличения сечения затяжки, либо при гарантии отсутствия влаги или агрессивных веществ, действующих на затяжку при образовании трещин в окружающем ее бетоне.

В других случаях следует выполнять мероприятия, препятствующие сцеплению затяжек с бетоном. В качестве таких мероприятий можно рекомендовать обмазку затяжек составами, применяемыми, например, для смазки форм при производстве железобетонных конструкций: битумом, обертывание полиэтиленовой пленкой, рубероидом и т.д.

Особое внимание при бетонировании следует обращать на монтажные узлы затяжек, которые должны свободно перемещаться в бетоне при деформировании затяжек. В частности, узлы должны иметь вкладыши из легко деформируемых материалов, например, пенополистирола, пенопласта и т.п., как показано на рис. 13. Размеры вкладышей следует определять с учетом расчетных перемещений узла затяжки.
Обычно, затяжки располагаются по прямой линии, соединяющей опорные части стоек рамы. В отдельных случаях затяжки могут иметь форму в виде гладкой или ломаной кривой для прохода под каналами, приямками и др. (рис. 14 а) или при установке рам на отметке, превышающей отметку пола (рис. 14 б).
Расчет криволинейных затяжек на прочность следует выполнять с учетом их наклона относительно линии соединяющей опорные узлы рам на усилие (рис. 15 а).

С наклонной затяжки на фундамент будет передаваться дополнительная вертикальная нагрузка, которая должна быть учтена при расчете ее опорной базы и фундаментов

Вертикальные усилия, передающиеся с затяжки на верхнюю стенку канала, определим в запас, без учета сил трения затяжки по поверхности канала (рис. 15 б)

Каналы криволинейных затяжек и окружающие их конструкции должны быть рассчитаны на усилие Nу, действующее снизу вверх со стороны затяжки. При необходимости, конструкции находящиеся сверху затяжки должны быть усилены или пригружены для предотвращения их разрушения или перемещения.
Определение площади сечения затяжки следует производить по трем критериям: по прочности, по деформативности и по коррозионному износу.
Требуемая площадь сечения затяжки из условия прочности находится по формуле:

При ограничении общих перемещений стоек рам и фундаментов, требуемая площадь затяжки определяется из условий предельных деформаций

В случаях, когда затяжка подвергается воздействию агрессивной среды и в то же время невозможно ее обслуживание (очистка от коррозии, окраска и т.д.), площадь сечения затяжки следует назначать с учетом возможного коррозионного износа (рис. 16), т.е.

Скорость коррозии vc зависит от степени агрессивности среды и может составлять от 0,0004 см/год до 0,015 см/год. Для нормальных условий можно принять vc = 0,001—0,005 см/год.
Для затяжек, выполненных из полосы с размерами bxt, величина АЛ найдется как

Источник ctcmetar.ru